第五章 故障模式影響及危害度分析01

故障模式影響及危害度分析

FMECA9/22/20231內(nèi)容提要概述FMECA的定義、目的和作用FMECA的方法FMECA的步驟系統(tǒng)定義故障模式影響分析危害性分析危害性矩陣圖FMECA輸出與注意的問題應(yīng)用案例9/22/20232概述元部件的故障對(duì)系統(tǒng)可造成重大影響災(zāi)難性的影響挑戰(zhàn)者升空爆炸——發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料管墊圈不密封致命性的影響起落架上位鎖打不開以往設(shè)計(jì)師依靠經(jīng)驗(yàn)判斷元部件故障對(duì)系統(tǒng)的影響依賴于人的知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)的、全面的和標(biāo)準(zhǔn)化的方法—FMECA設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)造成重大影響的元部件故障設(shè)計(jì)更改、可靠性補(bǔ)償是可靠性、維修性、保障性和安全性設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)9/22/20233FMECA的概念FMECA的定義故障模式影響及危害性分析(FailureMode,EffectsandCriticalityanalysis,簡記為FMECA)是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。FMECA是一種自下而上的歸納分析方法；FMEA和CA。FMECA的目的從產(chǎn)品設(shè)計(jì)（功能設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)）、生產(chǎn)（生產(chǎn)可行性分析、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與使用）和使用發(fā)現(xiàn)各種影響產(chǎn)品可靠性的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性水平提供改進(jìn)依據(jù)。9/22/20234FMECA作用保證有組織地定性找出系統(tǒng)的所有可能的故障模式及其影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施。為制定關(guān)鍵項(xiàng)目和單點(diǎn)故障等清單或可靠性控制計(jì)劃提供定性依據(jù)。為可靠性（R）、維修性（M）、安全性（S）、測試性（T）和保障性（S）工作提供一種定性依據(jù)。為制定試驗(yàn)大綱提供定性信息。為確定更換有壽件、元器件清單提供使用可靠性設(shè)計(jì)的定性信息。為確定需要重點(diǎn)控制質(zhì)量及工藝的薄弱環(huán)節(jié)清單提供定性信息?？杉霸绨l(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝中的各種缺陷。9/22/20235FMECA方法分類9/22/20236在產(chǎn)品壽命周期

各階段的FMECA方法論證與方案階段工程研制階段生產(chǎn)階段使用階段方法功能FMECA·硬件FMECA·軟件FMECA·損壞模式影響分析過程FMECA統(tǒng)計(jì)FMECA目的分析研究系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)和方案的權(quán)衡提供依據(jù)。分析研究系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)的缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，為系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)改進(jìn)和保障性分析提供依據(jù)。分析研究所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝過程的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)及其對(duì)產(chǎn)品的影響，為生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。分析研究產(chǎn)品使用過程中實(shí)際發(fā)生的故障、原因及其影響，為提供產(chǎn)品使用可靠性和進(jìn)行產(chǎn)品的改進(jìn)、改型或新產(chǎn)品的研制提供依據(jù)。9/22/20237FMECA的步驟9/22/202381系統(tǒng)定義確定系統(tǒng)中進(jìn)行FMECA的產(chǎn)品范圍產(chǎn)品層次示例約定層次——規(guī)定的FMECA的產(chǎn)品層次初始約定層次——系統(tǒng)最頂層最低約定層次——系統(tǒng)最底層描述系統(tǒng)的功能任務(wù)及系統(tǒng)在完成各種功能任務(wù)時(shí)所處的環(huán)境條件任務(wù)剖面、任務(wù)階段及工作方式功能描述制定系統(tǒng)及產(chǎn)品的故障判據(jù)、選擇FMECA方法等故障判據(jù)分析方法9/22/202392

故障模式影響分析FMEA9/22/2023103危害性分析(CA)分類：定性和定量CA表9/22/202311危害性矩陣圖9/22/202312FMECA輸出與注意的問題FMECA輸出單點(diǎn)故障模式清單Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單可靠性關(guān)鍵件、重要件不可檢測故障模式清單危害性矩陣圖等FMEA/CA表9/22/202313實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題強(qiáng)調(diào)“誰設(shè)計(jì)、誰分析”的原則“誰設(shè)計(jì)、誰分析”的原則，也就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員應(yīng)負(fù)責(zé)完成該產(chǎn)品的FMECA工作，可靠性專業(yè)人員應(yīng)提供分析必須的技術(shù)支持。實(shí)踐表明，F(xiàn)MECA工作是設(shè)計(jì)工作的一部分?！罢l設(shè)計(jì)、誰分析”、及時(shí)改進(jìn)是進(jìn)行FMECA的宗旨，是確保FMECA有效性的基礎(chǔ)，也是國內(nèi)外開展FMECA工作經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。如果不由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者實(shí)施FMECA，必然造成分析與設(shè)計(jì)的分離，也就背離了FMECA的初衷。9/22/202314實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題重視FMECA的策劃實(shí)施FMECA前，應(yīng)對(duì)所需進(jìn)行的FMECA活動(dòng)進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，尤其是對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)FMECA的重要性。其必要性體現(xiàn)在以下幾方面：結(jié)合產(chǎn)品研制工作，運(yùn)用并行工程的原理，對(duì)所需的FMECA進(jìn)行完整、全面、系統(tǒng)地策劃，將有助于保證FMECA分析的目的性、有效性，以確保FMECA工作與研制工作同步協(xié)調(diào)，避免事后補(bǔ)做的現(xiàn)象。對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)，總體級(jí)的FMECA往往需要低層次的分析結(jié)果作為輸入，對(duì)相關(guān)分析活動(dòng)的策劃將有助于確保高層次產(chǎn)品FMECA的實(shí)施。FMECA計(jì)劃階段事先規(guī)定的基本前提、假設(shè)、分析方法和數(shù)據(jù)，將有助于在不同產(chǎn)品等級(jí)和承制方之間交流和共享，確保分析結(jié)果的一致性、有效性和可比性。9/22/202315實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題保證FMECA的實(shí)時(shí)性、規(guī)范性、有效性實(shí)時(shí)性。FMECA工作應(yīng)納入研制工作計(jì)劃、做到目的明確、管理務(wù)實(shí)；FMECA工作與設(shè)計(jì)工作應(yīng)同步進(jìn)行，將FMECA結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)過程。規(guī)范性。分析工作應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行FMECA計(jì)劃、有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)/文件的要求。分析中應(yīng)明確某些關(guān)鍵概念，比如：故障檢測方法是系統(tǒng)運(yùn)行或維修時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的方法；嚴(yán)酷度是對(duì)故障模式最終影響嚴(yán)重程度的度量，危害度是對(duì)故障模式后果嚴(yán)重程度的發(fā)生可能性的綜合度量，兩者是不同的概念，不能混淆。有效性。對(duì)分析提出的改進(jìn)、補(bǔ)償措施的實(shí)現(xiàn)予以跟蹤和分析，以驗(yàn)證其有效性。這種過程也是積累FMECA工程經(jīng)驗(yàn)的過程。9/22/202316實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA的剪裁和評(píng)審FMECA作為常用的分析工具，可為可靠性、安全性、維修性、測試性和保障性等工作提供信息，不同的應(yīng)用目的可能得到不同的分析結(jié)果。各單位可根據(jù)具體的產(chǎn)品特點(diǎn)和任務(wù)對(duì)FMECA的分析步驟、內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，剪裁，并在相應(yīng)文件中予以明確。9/22/202317實(shí)施FMECA應(yīng)注意的問題FMECA的數(shù)據(jù)故障模式是FMECA的基礎(chǔ)。能否獲得故障模式的相關(guān)信息是決定FMECA工作有效性的關(guān)鍵。若進(jìn)行定量分析時(shí)還需故障的具體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除通過試驗(yàn)獲得外，一般是需要通過相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。有計(jì)劃有目的地注意收集、整理有關(guān)產(chǎn)品的故障信息，并逐步建立和完善故障模式及頻數(shù)比的相關(guān)故障信息庫，這是開展有效的FMECA工作的基本保障之一。FMECA應(yīng)與其他分析方法相結(jié)合FMECA雖是有效的可靠性分析方法，但并非萬能。它不能代替其他可靠性分析工作。應(yīng)注意FMECA一般是靜態(tài)的、單一因素的分析方法。在動(dòng)態(tài)方面還很不完善，若對(duì)系統(tǒng)實(shí)施全面分析還需與其他分析方法（如FTA、ETA等）相結(jié)合。9/22/202318故障模式故障與故障模式故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)（對(duì)機(jī)械產(chǎn)品也稱失效）故障模式是故障的表現(xiàn)形式，如起落架撐桿斷裂、作動(dòng)筒間隙不當(dāng)、收放不到位等產(chǎn)品功能與故障模式一個(gè)產(chǎn)品可能具有多種功能起落架：支撐、滑跑、收放等每一個(gè)功能有可能具有多種故障模式支撐：降落時(shí)折起滑跑：震動(dòng)收放：收不起、放不下9/22/202319典型故障模式GJB1391《故障模式影響及危害性分析》序故障模式序故障模式序故障模式1結(jié)構(gòu)故障(破損)12超出允差(下限)23滯后運(yùn)行2捆結(jié)或卡死13意外運(yùn)行24錯(cuò)誤輸入(過大)3振動(dòng)14間歇性工作25錯(cuò)誤輸入(過小)4不能保持正常位置15漂移性工作26錯(cuò)誤輸出(過大)5打不開16錯(cuò)誤指示27錯(cuò)誤輸出(過小)6關(guān)不上17流動(dòng)不暢28無輸入7誤開18錯(cuò)誤動(dòng)作29無輸出8誤關(guān)19不能關(guān)機(jī)30(電的)短路9內(nèi)部漏泄20不能開機(jī)31(電的)開路10外部漏泄21不能切換32(電的)漏泄11超出允差(上限)22提前運(yùn)行33其它9/22/202320機(jī)械產(chǎn)品典型故障模式故障模式可分為以下七大類：損壞型：如斷裂、變形過大、塑性變形、裂紋等。退化型：如老化、腐蝕、磨損等。松脫性：松動(dòng)、脫焊等失調(diào)型：如間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)?shù)?。堵塞或滲漏型：如堵塞、漏油、漏氣等。功能型：如性能不穩(wěn)定、性能下降、功能不正常。其他：潤滑不良等。9/22/202321故障原因直接原因：導(dǎo)致產(chǎn)品功能故障的產(chǎn)品自身的那些物理、化學(xué)或生物變化過程等，直接原因又稱為故障機(jī)理。間接原因：由于其他產(chǎn)品的故障、環(huán)境因素和人為因素等引起的外部原因。例如——起落架上位鎖打不開直接原因：鎖體間隙不當(dāng)、彈簧老化等間接原因：鎖支架剛度差9/22/202322任務(wù)階段與工作方式任務(wù)剖面又由多個(gè)任務(wù)階段組成起落架任務(wù)階段：起飛著陸空中飛行地面滑行工作方式：可替換有余度上位鎖開鎖：液壓、手動(dòng)鋼索、冷氣因此，在進(jìn)行故障模式分析時(shí)，要說明產(chǎn)品的故障模式是在哪一個(gè)任務(wù)剖面的哪一個(gè)任務(wù)階段的什么工作方式下發(fā)生的。9/22/202323任務(wù)剖面L=123L=209T=12.15L=419.6T=24.40L=117.7T=6.84L=38L=827.4T=48.10T=48.1投720L副油箱投960L副油箱T=12.2M=0.86M=0.86M=0.86M=0.86航程L（km）航時(shí)T（min）高度H（km）T=24.4T=6.8T=5.0

空—空剖面1510119/22/202324故障影響故障影響與約定層次約定層次示例故障影響局部影響:某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品自身和與該產(chǎn)品所在約定層次相同的其他產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響高一層次影響:某產(chǎn)品的故障模式對(duì)該產(chǎn)品所在約定層次的高一層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響最終影響:指系統(tǒng)中某產(chǎn)品的故障模式對(duì)初始約定層次產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)的影響9/22/202325嚴(yán)酷度類別嚴(yán)酷度：產(chǎn)品故障造成的最壞后果的嚴(yán)重程度嚴(yán)酷度類別定義(GJB1391)嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類(災(zāi)難的)這是一種會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)(如飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈及船舶等)毀壞的故障。Ⅱ類(致命的)這種故障會(huì)引起人員的嚴(yán)重傷害、重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞。Ⅲ類(臨界的)這種故障會(huì)引起人員的輕度傷害，一定的經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞。Ⅳ類(輕度的)這是一種不足以導(dǎo)致人員傷害、一定的經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)損壞的故障，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃性維護(hù)或修理。9/22/202326故障檢測方法故障檢測方法一般包括目視檢查、離機(jī)檢測、原位測試等手段：自動(dòng)傳感裝置傳感儀器音響報(bào)警裝置顯示報(bào)警裝置故障檢測一般分為事前檢測與事后檢測兩類，對(duì)于潛在故障模式，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)事前檢測方法。9/22/202327補(bǔ)償措施設(shè)計(jì)補(bǔ)償措施產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)，能繼續(xù)安全工作的冗余設(shè)備安全或保險(xiǎn)裝置(如監(jiān)控及報(bào)警裝置)可替換的工作方式(如備用或輔助設(shè)備)可以消除或減輕故障影響的設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn)(如概率設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬仿真分析和工藝改進(jìn)等)操作人員補(bǔ)償措施特殊的使用和維護(hù)規(guī)程，盡量避免或預(yù)防故障的發(fā)生一旦出現(xiàn)某故障后操作人員應(yīng)采取的最恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施9/22/202328約定層次示例故障影響系統(tǒng)定義9/22/202329故障概率等級(jí)或數(shù)據(jù)來源故障概率等級(jí)——定性分析方法A級(jí)--經(jīng)常發(fā)生>20%B級(jí)--有時(shí)發(fā)生10%>20%C級(jí)--偶然發(fā)生1%>10%D級(jí)--很少發(fā)生0.1%>1%E級(jí)--極少發(fā)生<.0.1%數(shù)據(jù)來源預(yù)計(jì)值分配值外場評(píng)估值等9/22/202330故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比故障模式頻數(shù)比α是產(chǎn)品的某一故障模式占其全部故障模式的百分比率。如果考慮某產(chǎn)品所有可能的故障模式，則其故障模式頻數(shù)比之和將為1模式故障率λm是指產(chǎn)品總故障率λp與某故障模式頻數(shù)比α的乘積例：故障模式頻數(shù)比及模式故障率氣體控制活門故障模式故障模式頻數(shù)比α產(chǎn)品故障率λp模式故障率λm不閉合不打開外部漏氣34%57%9%0．123450.041970.070360.01111總計(jì)1．00.123459/22/202331故障影響概率故障影響概率β是指假定某故障模式已發(fā)生時(shí)，導(dǎo)致確定的嚴(yán)酷度等級(jí)的最終影響的條件概率。某一故障模式可能產(chǎn)生多種最終影響，分析人員不但要分析出這些最終影響還應(yīng)進(jìn)一步指明該故障模式引起的每一種故障影響的百分比，此百分比即為β。這多種最終影響的β值之和應(yīng)為1故障影響概率示例9/22/202332故障模式危害度與產(chǎn)品危害度故障模式危害度——評(píng)價(jià)單一故障模式危害性Cm(j)=α×β×λp×t, j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ

產(chǎn)品危害度——評(píng)價(jià)產(chǎn)品的危害性Cr(j)=∑Cmi(j)， i=1,2,…,n n為該產(chǎn)品的故障模式總數(shù)，j=Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ∑Cmi(j)——產(chǎn)品在第j類嚴(yán)酷度類別下的所有故障模式的危害度之和9/22/202333某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)的FMECA系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能約定層次繪制可靠性方框圖故障判據(jù)嚴(yán)酷度類別FMECA表的填寫FMECA表格的選取FMECA表中信息來源主要故障模式系統(tǒng)在不同嚴(yán)酷度下的危害度FMECA報(bào)告9/22/202334系統(tǒng)定義系統(tǒng)組成及功能某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)是單梁盒式薄壁結(jié)構(gòu)，并是由梁、小梁、肋、蒙皮所組成的雙閉室剖面結(jié)構(gòu)。為保證升降舵系統(tǒng)的操作由負(fù)載、配平性能需要，還裝有配重的調(diào)整片、翼尖配重。約定層次初始約定層次為某型軍用教練機(jī)約定層次圖繪制方框圖繪制功能結(jié)構(gòu)方框圖繪制可靠性框圖故障判據(jù)嚴(yán)酷度類別9/22/202335某型軍用教練飛機(jī)升降舵系統(tǒng)約定層次9/22/202336功能結(jié)構(gòu)方框圖9/22/202337可靠性框圖9/22/202338故障判據(jù)升降舵系統(tǒng)凡發(fā)生不滿足以下要求的情況之一，即認(rèn)為該系統(tǒng)發(fā)生了故障：舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確及時(shí)偏轉(zhuǎn)到規(guī)定位置；左、右升降舵應(yīng)保持同步偏轉(zhuǎn)；飛機(jī)長期穩(wěn)定飛行時(shí)，舵面應(yīng)保持確定的平衡位置；舵面偏轉(zhuǎn)時(shí)無卡滯現(xiàn)象；飛行中舵面無強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象；調(diào)整片按要求能正常偏轉(zhuǎn)；配重?zé)o松動(dòng)現(xiàn)象；舵面結(jié)構(gòu)滿足了強(qiáng)度、剛度要求，沒有因疲勞、腐蝕等導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的損傷。9/22/202339嚴(yán)酷度類別升降舵系統(tǒng)嚴(yán)酷度類別的定義嚴(yán)酷度類別嚴(yán)重程度定義Ⅰ類（災(zāi)難的）危及人員或安全（如一等、二等飛行事故及重大環(huán)境損壞）Ⅱ類（致命的